CN113253341B - 一种可控震源自主扫描地震记录提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其步骤为：(1)原始数据准备；(2)进行SEG‑D地震数据格式解析；(3)准备母记录数据块时间属性；(4)母记录数据拼接；(5)扫描信号准备；(6)力信号、母记录GPS对应时间查找；(7)力信号与母记录互相关获取可控震源单炮记录。本发明解决了野外如果扫描长度较长导致的无法相关出完整采集记录的问题，其能够适应自主扫描的施工特点，满足自主扫描的实际生产要求，并且对可控震源高效采集的应用和推广起到积极的推动作用。
Description
技术领域
本发明属于地震勘探领域，涉及到地震勘探中可控震源自主扫描高效采集施工，具体是一种可控震源自主扫描地震记录提取方法。
背景技术
从20世纪60年代开始，可控震源成为地震勘探中重要的激发震源之一。在国际地震勘探领域，可控震源已成为最主要的激发震源，并被广泛应用于油气勘探开发中。近几年来，随着物探技术和物探装备的不断进步和发展以及国家发展国民经济和战略安全方面对化石能源有持续和大量的需求，地震勘探工作逐步走向高难地区。中国石油东方地球物理公司(以下简称BGP)曾明确提出：“国内勘探施工可控震源应用率要达40％以上”，这表明可控震源在国内勘探市场应用的步伐也将加快。同时伴随着石油勘探逐渐走向国际市场，可控震源技术也在广泛的应用到实际的勘探中去，特别是可控震源高效采集方式，大大提高了勘探效率，降低了可控震源地震勘探的成本。因此，对可控震源的工作原理、激发参数、处理方法等方面进行研究，提高采集、处理可控震源数据的能力对适应国内地震勘探的发展趋势是非常必要的。
在可控震源高效采集技术方面，主要是东方地球物理公司开展了许多项目的施工。2008年4月，东方物探在吐哈三塘湖完成了高保真地震数据采集二维试验。2010年，塔里木盆地大宛齐油田三维地震勘探项目创造了19天内累计完成3.9万炮的生产纪录，地震资料品质获大幅提升。2011年，东方物探在吐哈盆地进行可控震源滑动扫描试验，4天内完成近1.6万炮，最高一天完成4500炮。随后，又进行了低频信号采集和第二例ISS(单台震源独立同步扫描方法)试验，为新技术的推广应用储备实践经验。2012年，东方物探在吐哈盆地萨克桑项目正式采用可控震源滑动扫描技术，最高日效达到5500炮。2013年，中石化哈山东项目最高日产已经突破13000炮(每6秒钟一炮)。
野外可控震源车进行激发采集的母记录数据块，是连续记录的信号。因此，需要先找到某炮地震记录对应的母记录的位置，再通过互相关获得地震记录。目前，可控震源自主扫描在施工过程中，对母记录数据块的时间长度没有明确的标准，一般会选择30秒左右，主流的商业处理软件中GEOEAST可以进行地震记录的分割提取处理，但GEOEAST系统参数设置比较固定，只能对两个母记录数据块进行合并再进行相关处理，如果可控震源的扫描长度较长，就会出现母记录数据长度不够，无法相关得到足够长的采集记录的问题。
目前在物探领域尚无成熟的可控震源自主扫描地震记录提取方法可供借鉴，因此为打破垄断，申请人开展了针对性的可控震源自主扫描地震记录提取方法研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，解决了野外如果扫描长度较长导致的无法相关出完整采集记录的问题，该方法能够适应自主扫描的施工特点，满足自主扫描的实际生产要求，取得了非常满意的效果。
本发明采取的技术方案是：一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其包括以下步骤：
(1)原始数据准备；
(2)进行SEG-D地震数据格式解析；
(3)准备母记录数据块时间属性；
(4)母记录数据拼接；
(5)扫描信号准备；
(6)力信号、母记录GPS对应时间查找；
(7)力信号与母记录互相关获取可控震源单炮记录。
进一步的，所述步骤(1)中，准备两个数据，分别为仪器车每30秒产生的一个SEGD的母记录数据块与每台震源车在激发时记录的扫描信号。
进一步的，所述步骤(2)中，根据数据格式读取SEG-D中的力信号及母记录的地震数据并存储信息；其中所述母记录的地震数据包括1-4位的采集长度、5-8位的采样率、13-16位的辅助道数目、17-20位的地震记录道数目、877-884位的GPS时间。
进一步的，所述步骤(3)中，仪器车记录的连续母记录数据块，通过对道头中的GNSS时间进行解读，读取每个母记录的T0时间，生成时间属性文件；并且该时间属性文件换算成三个分块时间，便于后续分割写入道头。
进一步的，所述步骤(4)中，在进行可控震源母记录与扫描信号互相关处理时，母记录的需要的长度为扫描信号的长度加上震源听时间，听时间与需要的单炮记录长度相等。
进一步的，所述步骤(5)中，将每台震源车在激发时记录的扫描信号，形成包含文件号、桩号、坐标信息的文本文件，并将这些信息写入道头；准备扫描信号时间属性索引，将每个扫描信号的GNSS时间写入其道头中。
进一步的，所述步骤(6)中，通过读取力信号、母记录道头内存储的GPS时间，结合地震数据的采样率、采集记录长度信息，在母记录中查找力信号所对应的GPS时间，找到对应文件，计算力信号末端+听时间所得到的地震记录总时间，在母记录中从找到的GPS时间开始，往后在多个文件中读取地震记录总时间，从而找到对应的单炮记录。
进一步的，所述步骤(7)中，将扫描信号的末端与母记录的首端对齐后，将扫描信号以一个采样点的步长向下滑动，与母记录对应时段进行互相关运算，直到扫描信号首端与母记录的末端对齐即停止继续滑动；互相关运算后结果的时长为可控震源的听时间，即最终得到的单炮记录长度等于可控震源听时间。
本发明的有益效果是：本发明可以对任意个数母记录数据块进行拼接再相关从而得到自主扫描地震记录的方法，解决了野外如果扫描长度较长导致的无法相关出完整采集记录的问题，该方法能够适应自主扫描的施工特点，满足自主扫描的实际生产要求，取得了非常满意的效果，并且对可控震源高效采集的应用和推广起到积极的推动作用。
附图说明
图1是可控震源自主扫描地震记录提取流程图；
图2是SEG-D地震数据的格式编排及读写规律图；
图3是自主程序解编SEG-D地震数据图；
图4是母记录数据准备示意图；
图5是多个母记录数据拼接示意图
图6是扫描信号激发时间图；
图7是母记录采样时间图；
图8是扫描信号准备示意图
图9是提取地震记录前GPS准备示意图；
图10是提取地震记录实现流程示意图；
图11是力信号与母记录互相关示意图
图12是可控震源自主扫描地震记录提取软件启动界面图；
图13是可控震源出力信号选取图；
图14是母记录文件选取图；
图15是出力信号文本文件选择图；
图16是力信号与母记录相关-互相关原始记录示意图；
图17是力信号与母记录相关-互相关谐波示意图；
图18是力信号与母记录相关-互相关单炮示意图；
图19是自主扫描地震记录提取及互相关单炮效果图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供的一种实施例：一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，该方法对可控震源自主扫描得到的连续母记录数据块和扫描信号分别进行属性处理和切割提取后，进行互相关处理，提取出有效的地震记录，进行后续的地震资料处理。关键的技术点是对母记录进行切割提取，与扫描信号进行互相关处理。流程图见附图1；具体步骤如下：
1)原始数据准备
首先需要准备两个重要数据：即仪器车每30秒产生一个SEGD的母记录数据块与每台震源车在激发时记录的扫描信号。为了后续互相关运算，需要对二者进行处理。
2)进行SEG-D地震数据格式解析
数据的格式编排及读写规律如附图2所示。根据数据格式读取SEG-D中的力信号及母记录的地震数据的采集长度(1-4位)、采样率(5-8位)、辅助道数目(13-16位)、地震记录道数目(17-20位)、GPS时间(877-884位)等数据并存储信息，如附图3所示。
3)准备母记录数据块时间属性
首先准备母记录数据块时间属性文件：仪器车记录的连续母记录数据块，其道头字中暂未包括GPS时间，需要通过对道头中的GNSS时间进行解读，读取的每个母记录的T0时间，生成时间属性文件。由于道头记录的GNSS时间是9位数，所以需要换算成三个分块时间，便于后续分割写入道头。母记录数据准备的示意图详见附图4。
4)母记录数据拼接
在进行可控震源母记录与扫描信号互相关处理时，母记录的需要的长度为扫描信号的长度加上震源听时间。听时间与我们需要的单炮记录长度相等，也就是说，根据后期的地震记录数据处理所需长度，可控震源在扫描信号结束后，还需要等待一个听时间的长度，来接收返回的地震波场。具体来讲，如果设计的扫描信号为24S，后期需要的单炮记录长度为6S，那么对应的母记录长度应为30S。在自主扫描施工中，原始得到的母记录与扫描信号是没有一一对应关系的，只是按照30S的时间间隔对连续的母记录进行分割，便于存储。按照这样计算，如果扫描信号与听时间的和小于等于30S即数据块的长度，那么在与一个特定时段的扫描信号进行匹配对应时，最多需要两个母记录数据块就可以完成。当扫描信号与听时间的和大于30S小于60S(实际生产中远小于此长度)时，则最多会有3个母记录数据块需要与之匹配。通常情况下需要1个以上母记录与扫描信号确定对应关系，因此就需要先将任意多个母记录进行拼接，成为一个母记录文件，再与扫描信号相关。附图5为多个母记录拼接示意图。
以第101个扫描信号为例，信号开始激发时间为7746142s208000ms,在母记录文件中，找到该激发时刻位于文件00000202.segd文件中。时间属性图详见附图6、附图7所示。故在此文件中依据以下公式寻找该采样点：
其中，tsweeping为扫描信号的激发时间，t0record为母记录第一个采样点对应的接收时间，dt为采样间隔，此处为2ms，nstart即为所寻找的采样点。
5)扫描信号准备
将每台震源车在激发时记录的扫描信号，形成包含文件号、桩号、坐标等信息的文本文件，并将这些信息写入道头；准备扫描信号时间属性索引，将每个扫描信号的GNSS时间写入其道头中。扫描信号准备的示意图如附图8所示。
6)力信号、母记录GPS对应时间查找
通过读取力信号、母记录道头内存储的GPS时间，结合地震数据的采样率、采集记录长度等信息，在母记录中查找力信号所对应的GPS时间，找到对应文件，计算力信号末端+听时间所得到的地震记录总时间，在母记录中从找到的GPS时间开始，往后在多个文件中读取地震记录总时间，从而找到对应的单炮记录(附图9、附图10)。
7)力信号与母记录互相关获取可控震源单炮记录
对于相邻地震道，信号具有相关性，而噪声不具有相关性。相关的基本思想就是比较给定的二个波形的相似程度。通过前面处理，已经查找并匹配好母记录与扫描信号的对应关系及T0时间，将扫描信号的末端与母记录的首端对齐后，将扫描信号以一个采样点的步长向下滑动，与母记录对应时段进行互相关运算，直到扫描信号首端与母记录的末端对齐即停止继续滑动。由前面的处理可知，母记录的长度为扫描信号的长度加可控震源的听时间，因此，互相关运算后结果的时长为可控震源的听时间，即最终得到的单炮记录长度等于可控震源听时间。至此完成了可控震源自主扫描地震记录的提取，互相关运算的示意图如附图11所示。
为了实现本实施例的方法，开发了可控震源自主扫描记录提取软件，可以实现对可控震源自主扫描记录原始母记录、相关后谐波显示记录、相关后单炮记录的标准SEGY数据输出功能。具体操作如下：
1)软件启动。启动软件后，首先出现登陆界面如图12所示。软件V1.0版本未设置用户权限，任何非管理员用户都可以直接运行进入软件界面。
2)数据加载。启动软件后，按照界面提示，依次选择数据进行操作。在进行单炮提取处理前，需要先准备好可控震源施工后的出力信号及母记录文件。
首先选择出力信号。选择出力信号所在的路径，打开后左边的数据文件列表显示当前路径下存放的所有出力信号，选中单个文件，点击“添加”按钮可以将当前选中文件移动到右边的选择数据文件列表中；也可以通过“全添加”按钮将当前路径下的所有出力信号添加到右边的选择数据文件列表中。如图13所示，信道位置自动识别为第4道，记录长度识别为8S。
选择母记录文件。与选择出力文件的操作类似，点击“选择母记录文件夹”按钮，选择母记录信号所在的路径，打开后左边的数据文件列表显示当前路径下存放的所有母记录，选中单个文件，点击“添加”按钮可以将当前选中文件移动到右边的选择数据文件列表中；也可以通过“全添加”按钮将当前路径下的所有母记录添加到右边的选择数据文件列表中，如图14所示。
选择可控震源输出的力信号文本文件，如图15所示，点击“打开TXT文件”按钮，选择对应的文本文件。
3)数据查找和切割。选择好上面的文件后，可以开始数据处理工作。首先点击“查找”按钮，软件会通过读取力信号、母记录道头内存储的GPS时间，结合存储的地震数据的采样率、采集记录长度等信息，在母记录中查找力信号所对应的GPS时间，找到对应文件，计算力信号末端+听时间所得到的地震记录总时间，将多个母记录进行合并，分离出对应时间段内的数据，进行提取。计算完成后，会在软件运行目录下生成一个按照GPS时间切割后的原始母记录SEG-Y数据。计算时间依赖于硬件设备性能及原始数据的大小。
4)互相关处理。对力信号与母记录互相关，不同的互相关方式可以获取不同的单炮记录。相关计算的主要原理如图16至图18所示。选中其中一项，点击“相关”按钮，软件开始计算，计算完成后，在软件的运行目录下生成相应的SEG-Y数据。计算时间依赖于硬件设备性能及原始数据的大小。常规处理中，选取第3项“相关_显示单炮”按钮，生成地震资料处理中常用的单炮数据。图19展示了原始采集数据、处理中提取的地震记录及最终完成处理的单炮记录。至此，完成可控震源自主扫描地震记录的单炮提取和相关处理。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)原始数据准备；
(2)进行SEG-D地震数据格式解析；
(3)准备母记录数据块时间属性；
(4)母记录数据拼接；
(5)扫描信号准备；
(6)力信号、母记录GPS对应时间查找；
(7)力信号与母记录互相关获取可控震源单炮记录。
2.根据权利要求1所述的一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其特征在于，所述步骤(1)中，准备两个数据，分别为仪器车每30秒产生的一个SEGD的母记录数据块与每台震源车在激发时记录的扫描信号。
3.根据权利要求1所述的一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据数据格式读取SEG-D中的力信号及母记录的地震数据并存储信息。
4.根据权利要求3所述的一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其特征在于，所述母记录的地震数据包括1-4位的采集长度、5-8位的采样率、13-16位的辅助道数目、17-20位的地震记录道数目、877-884位的GPS时间。
5.根据权利要求1所述的一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其特征在于，所述步骤(3)中，仪器车记录的连续母记录数据块，通过对道头中的GNSS时间进行解读，读取每个母记录的T0时间，生成时间属性文件；并且该时间属性文件换算成三个分块时间，便于后续分割写入道头。
6.根据权利要求1所述的一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其特征在于，所述步骤(4)中，在进行可控震源母记录与扫描信号互相关处理时，母记录的需要的长度为扫描信号的长度加上震源听时间，听时间与需要的单炮记录长度相等。
7.根据权利要求1所述的一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其特征在于，所述步骤(5)中，将每台震源车在激发时记录的扫描信号，形成包含文件号、桩号、坐标信息的文本文件，并将这些信息写入道头；准备扫描信号时间属性索引，将每个扫描信号的GNSS时间写入其道头中。
8.根据权利要求1所述的一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其特征在于，所述步骤(6)中，通过读取力信号、母记录道头内存储的GPS时间，结合地震数据的采样率、采集记录长度信息，在母记录中查找力信号所对应的GPS时间，找到对应文件，计算力信号末端+听时间所得到的地震记录总时间，在母记录中从找到的GPS时间开始，往后在多个文件中读取地震记录总时间，从而找到对应的单炮记录。
9.根据权利要求1所述的一种可控震源自主扫描地震记录提取方法，其特征在于，所述步骤(7)中，将扫描信号的末端与母记录的首端对齐后，将扫描信号以一个采样点的步长向下滑动，与母记录对应时段进行互相关运算，直到扫描信号首端与母记录的末端对齐即停止继续滑动；互相关运算后结果的时长为可控震源的听时间，即最终得到的单炮记录长度等于可控震源听时间。
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